周曉潔，李建強(qiáng)

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純棉水刺非織造材料單向?qū)裾砉に嚨膬?yōu)化

周曉潔，李建強(qiáng)*

（武漢紡織大學(xué) 紡織學(xué)院，湖北 武漢 430073）

本研究采用含氟拒水整理劑（FG-910）對(duì)純棉水刺非織造材料進(jìn)行單面整理，使之具有親疏水雙側(cè)結(jié)構(gòu)，從而獲得單向?qū)窆δ?。?jīng)分析可知，影響整理結(jié)果的有四個(gè)因子：整理液濃度、單位面積使用量、烘干溫度和時(shí)間以及焙烘溫度和時(shí)間。對(duì)這些因子進(jìn)行分析，得出最佳整理方案為：整理液濃度40g/L，單位面積使用量為10g/m2，烘干條件為110℃×3min以及焙烘條件為160℃×2min。

純棉水刺非織造布；單向?qū)瘢痪芩?；影響因?/p>

純棉水刺非織造材料作為一種新型的纖維材料，其秉著柔軟、懸垂、蓬松、舒適、強(qiáng)力高、吸濕性好、不含非纖維組分等優(yōu)異的性能越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如醫(yī)療衛(wèi)生用、生活用、工業(yè)用等[1-7]。但是，當(dāng)材料與人體皮膚接觸時(shí)，由于棉纖維本身優(yōu)異的吸濕性，使得水分和汗液迅速被吸到材料上，雖然材料的網(wǎng)孔能散去一部分水分，但由于棉的保水性強(qiáng)，很難快速達(dá)到干爽，在這種情況下就會(huì)讓使用者產(chǎn)生很強(qiáng)烈的不舒適感，而且還會(huì)造成汗液和水分反滲透回接觸面，造成細(xì)菌和病毒的交叉感染，影響人們的健康。因此，研制具有單向?qū)?、快干等功能性的非織造材料引起了世人的關(guān)注[8-12]。本研究采用拒水整理劑（FG-910）對(duì)純棉水刺非織造材料進(jìn)行單面拒水整理[13-17]，并對(duì)整理工藝影響因子：整理液濃度、單位面積使用量、烘干溫度和時(shí)間以及烘焙溫度和時(shí)間進(jìn)行分析，以獲得最佳整理方案，使整理后的材料具有優(yōu)異的單向?qū)窆δ?，?dāng)人體大量產(chǎn)生體液時(shí)，材料親水性的外側(cè)就會(huì)迅速將水分導(dǎo)出，保持拒水性內(nèi)側(cè)的干爽和舒適。

1　實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備及步驟

1.1實(shí)驗(yàn)材料及藥品

黃岡穩(wěn)健醫(yī)療有限公司生產(chǎn)的純棉水刺非織造材料（40g/m2）；北京潔爾爽公司生產(chǎn)的FG-910型含氟類拒水整理劑；

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備

透濕杯；烘箱；電子天平等

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

本實(shí)驗(yàn)中采用的整理工藝為：式樣→配置整理液→噴灑整理液→烘干→烘焙。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1影響因子的確定

2.1.1整理液濃度

將拒水整理劑用去離子水稀釋，配成不同濃度的整理液，濃度范圍為：10～90g/L。用不同濃度的整理液對(duì)純棉水刺非織造布進(jìn)行單面整理，整理工藝為：?jiǎn)挝幻娣e內(nèi)整理劑的噴灑量為10g/m2，烘干工藝條件110℃×3min，焙烘工藝條件150℃×3min。對(duì)整理后純棉水刺非織造布進(jìn)行透濕性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，隨著拒水整理液濃度的增加，整理后的材料的透濕量先增大后降低。當(dāng)整理液濃度為10g/L時(shí)，整理后材料的透濕性能較弱，原因在于整理液的濃度過(guò)低，氟的含量較低，材料整理面的拒水性仍很弱，材料整體的吸濕性很強(qiáng)，無(wú)法使水分快速蒸發(fā)；當(dāng)濃度增加達(dá)到30g/L左右時(shí)，整理后的材料實(shí)現(xiàn)了單向?qū)裥阅?；?dāng)整理液的濃度為90g/L時(shí)，由于整理液中氟的含量過(guò)大，使得材料整理面的拒水性過(guò)強(qiáng)，親水面無(wú)法導(dǎo)出水分，透濕量下降。因此，拒水整理液的濃度應(yīng)控制在20～40g/L。

圖1　整理后純棉水刺非織造布的透濕量與整理液濃度的關(guān)系

圖2　整理后純棉水刺非織造布的透濕量與整理液?jiǎn)挝幻娣e用量的關(guān)系

2.1.2單位面積使用量

采用30g/L的拒水整理液整理純棉水刺非織造布，單位面積的使用量設(shè)計(jì)為4g/m2、6g/m2、8g/m2、10g/m2、12g/m2以及14g/m2。然后將材料置于110℃條件下烘干3min，并在150℃條件下焙烘3min。單位面積使用量與整理后材料的透濕性能的關(guān)系如圖2所示。

由圖2可知，隨著單位面積整理液用量的增加，整理后的材料的透濕量呈先增大后降低的趨勢(shì)。當(dāng)單位面積整理液用量為4g/m2時(shí)，整理后材料的透濕性能較弱，主要原因在于單位面積整理液用量過(guò)低，氟的含量較低，使得材料整理面的拒水性仍然很弱，材料整體的吸濕性很強(qiáng)，而無(wú)法使水分快速蒸發(fā)；當(dāng)單位面積整理液用量增加達(dá)到10g/m2左右時(shí)，整理后的材料獲得比較優(yōu)異的透濕性能，實(shí)現(xiàn)了單向?qū)裥阅?；?dāng)單位面積整理液用量為16g/m2時(shí)，由于用量過(guò)大，整理液中氟的含量過(guò)大，整理液在材料中的滲透深度增加，導(dǎo)致未整理面的親水性下降，無(wú)法導(dǎo)出水分，材料的透濕性能下降。從以上分析結(jié)果可知，單位面積整理液用量應(yīng)該控制在8～12g/m2為最佳。

2.1.3烘干溫度及時(shí)間

為了確定烘干溫度及時(shí)間對(duì)材料整理效果的影響，本課題采用30g/L的拒水整理液整理純棉水刺非織造材料，單位面積用量為10g/m2。烘干條件設(shè)計(jì)為1：90℃×5min，2：100℃×4min，3：110℃×3min，4：120℃×3min，和5：130℃×2min。然后將材料在150℃條件下焙烘3min。不同的烘干條件對(duì)材料的透濕性能的影響如圖3所示。

圖3　整理后水刺非織造布的透濕量與烘干條件的關(guān)系

由圖3可知，當(dāng)烘干條件發(fā)生變化時(shí)，整理后材料的透濕量曲線變化非常平緩，說(shuō)明當(dāng)烘干條件控制在合適范圍內(nèi)時(shí)，烘干溫度及時(shí)間對(duì)材料的整理效果影響較小。烘干工藝的目的主要任務(wù)是將材料中的水分去掉，以免在后續(xù)烘焙過(guò)程中對(duì)整理劑成膜造成不良影響。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，烘干工藝參數(shù)并不是主要的影響因子，在后續(xù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)不予考慮。從材料本身性能及經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，本研究將純棉水刺非織造材料拒水整理后的烘干工藝確定為110℃×3min。

2.1.4焙烘溫度及時(shí)間

焙烘條件同樣也影響著材料的整理結(jié)果。本研究采用30g/L的拒水整理液整理材料，單位面積用量為10g/m2，在110℃下烘燥3min。焙烘條件設(shè)計(jì)為1：130℃×4min，2：140℃×3min，3：150℃×3min，4：160℃×2min，和5：170℃×2min。不同的焙烘條件對(duì)材料的透濕性能的影響如圖4所示。

圖4　整理后水刺非織造布的透濕量與烘干條件的關(guān)系

在材料拒水整理工藝過(guò)程中，整理液成膜以及與纖維交聯(lián)的反應(yīng)均在焙烘過(guò)程中完成的。一般來(lái)說(shuō)，焙烘需要一個(gè)較高的溫度，但是高溫不利于纖維材料的物理機(jī)械性能，因此要視不同整理劑和材料而定。圖4顯示，隨著焙烘溫度的升高，整理后的純棉水刺非織布的透濕量逐漸增加，但增加大一定程度時(shí)變趨于平緩，因此選定焙烘條件為140℃×4min，150℃×3min和160℃×2min。

2.2正交實(shí)驗(yàn)分析

由以上分析結(jié)果可知，對(duì)于純棉水刺非織造布，當(dāng)整理液的濃度在20～40g/L，單位面積使用量在8～12g/m2，110℃下烘干3min，焙烘條件為140～160℃下焙烘2～4min，最終所得的材料的透濕性能比較優(yōu)異。

2.2.1正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了選擇最佳整理工藝，本研究用采正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入分析，正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案安排如表1所示：

表1　因子水平表

表2　正交試驗(yàn)表及結(jié)果

2.2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

由表2及表3可以看出，整理液的濃度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響最大，其次是單位面積整理液的使用量，最后是焙烘條件，即因素主次順序?yàn)椋篈-B-C。由表3可知，拒水整理液的濃度對(duì)純棉水刺非織造材料最終的單向?qū)裥阅苡绊懽顬轱@著。結(jié)合表中計(jì)算結(jié)果，最優(yōu)水平組合為A3B2C3。綜合前面烘干工藝的研究，則最佳組合即為：拒水整理液的濃度為40g/L，單位面積整理液用量為10g/m2，烘干工藝條件為110℃×3min，焙烘工藝條件為160℃×2min。

表3　方差分析表

3　結(jié)論

在對(duì)純棉水刺非織造材料進(jìn)行單面整理時(shí)，影響整理結(jié)果的主要因素有三個(gè)，即：整理液濃度，整理液?jiǎn)挝幻娣e使用量以及焙烘條件。根據(jù)分析可知，最佳的整理方案為：拒水整理液的濃度為40g/L，單位面積整理劑用量為10g/m2，烘干工藝條件為110℃×3min，焙烘工藝條件為160℃×2min。

隨著純棉水刺非織造材料在醫(yī)療、衛(wèi)生等領(lǐng)域越來(lái)越廣泛的運(yùn)用，單向?qū)窆δ艿膶?shí)現(xiàn)將使其在各領(lǐng)域具有更好的應(yīng)用前景。

[1] 王遠(yuǎn)富. 淺談水刺法非織造布的水刺技術(shù)及水刺產(chǎn)品[J]. 山東紡織科技，2007,(4)：43-46.

[2] 馬詠梅. 水刺非織造布的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 產(chǎn)業(yè)用紡織品，2001, (7)：1-9.

[3] 陳政. 我國(guó)水刺非織造布行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r的探討[J]. 福建輕紡，2007, 1(1)：26-29.

[4] 韓濤. SMS復(fù)合非織造布近幾年發(fā)展?fàn)顩r及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)展望[J]. 紡織導(dǎo)報(bào)，2005，(11)：85-88.

[5] 谷程秀. 水刺法非織造布的現(xiàn)狀與未來(lái)[J]. 產(chǎn)業(yè)用紡織品, 2001, 1(3): 3-11.

[6] 水刺非織造分會(huì). 水刺非織造布的現(xiàn)狀和發(fā)展前景[C].全國(guó)第七屆水刺非織造生產(chǎn)技術(shù)與交流會(huì)論文集,2002.

[7] 張帆，靳向煜. 水刺非織造布材料的開發(fā)與應(yīng)用[J].非織造布, 2004, 12(2):37.

[8] 王曉慧，馬利霞.純棉針織品的吸汗速干工藝探討[J].山西紡織化纖, 2003, (2)：21-22.

[9] 吳燁芳，何天虹，等. 單向?qū)窨椢锏拈_發(fā)[J].紡織學(xué)報(bào)，2006，27（6）：94-96.

[10]Yan Su Da T, Miyama M. Dynajnic mater vapor and heat transport through layered fabrics Part B: Effect of the chemical nature of fibers[J]. Textile Res J,1992,62(4):229-235.

[11]Sozen M, Vafai K. Analysis of the nonthermal equilibrium condensing flow of a gas through a packed bed [J].International Journal of Heat and Mass Transfer, 1990,33:1247-1261.

[12]Dilip R, Arun P.A., Marehal J.M. Modeling capillary flow in complex geometries[J]. Text Res, 2001,71-81.

[13]Hogue C. PFOA called likely human carcinogen [J]. Chem. Eng. News., 2005,83(27):5.

[14]Schultz M M, Barofsky D F, Field J A, et a1. Fluorinated alkyl surfactants[J]. Environ. Eng. Sci. , 2003, 20(5):487-501.

[15]Thurman K, Toren, Mcgeady. Method for imparting water-repellency to woven fabrics[J]. Takamizawa, 1983,6(25):11-19.

[16]Larry Wadsworth. Qin(Christine)Sun. SM and SMS Laminates produeed with 100% PP Melt Blown and Bicomponent fiber PP/PE Melt Bown Web[Z]. Nonwovens Industry,1999.

[17]Pfohr J, Coutou D, Treguier G. Dynamic heat and water transfer through layered fabrics[J].Textile Research Journal, 2002,72(1):11-12.

Optimization in Single-wizard Wet Finishing on Pure Cotton Spunlace Nonwoven Material

ZHOU Xiao-jie, LI Jian-qiang

(College of Textile Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

In this study, fluorine-containing water repellent finishing agent (FG-910) is used to finish one side of the pure cotton spunlace nonwoven material. Thus the material obtains the hydrophobic bilateral structure and gets single wet wizard function. The analysis shows there are four factors affecting the finishing result, namely, the concentration of finishing agent, amount of finishing solution per unit area, drying and baking condition. The analysis shows that the best finishing scheme is: finishing agent concentration of 40g/L, amount of finishing solution per unit area of 10g/m2, drying condition of 110℃×3min and baking condition of 160℃×2min.

Pure Cotton Spunlace Nonwoven Material; Single Wizard Wet; Water Repellent Finishing; Factors

TS174.3

A

1009－5160(2011)03－0024－04

*通訊作者：李建強(qiáng)（1964-），男，教授，研究方向：新型紡織材料.